[发明专利]二维阳离子交换聚合物的一种制备方法有效

专利信息
申请号: 202110360013.X 申请日: 2021-04-02
公开(公告)号: CN112920303B 公开(公告)日: 2023-02-28
发明(设计)人: 白玮;吴芳 申请(专利权)人: 安徽大学
主分类号: C08F112/34 分类号: C08F112/34;C08F130/02;C08F2/10
代理公司: 合肥市浩智运专利代理事务所(普通合伙) 34124 代理人: 叶濛濛
地址: 230039 *** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 二维 阳离子 交换 聚合物 一种 制备 方法
【说明书】:

发明公开二维阳离子交换聚合物的一种制备方法,包括以下步骤:(1)两亲性单体的制备;(2)单体自组装;(3)聚合反应;(4)聚合物提纯;(5)冷冻干燥制得二维阳离子交换聚合物。本发明通过水溶液中的单体自组装和自由基聚合反应制备具有数纳米厚度、表面具有丰富的酸性基团的二维聚合物;首先合成含有乙烯基的两亲性单体,在不借助任何表面或界面辅助作用的条件下,该类单体在水溶液中通过超分子自组装和自由基聚合就可获得尺寸为几十到几百微米、厚度为数纳米的二维聚合物;无需任何层剥离处理,就可制备单层二维聚合物;自组装和聚合反应可在室温、常压和水相条件下进行,实验操作便捷安全,聚合物制备效率高,可以宏量获得二维阳离子交换聚合物。

技术领域

本发明涉及聚合物材料制备技术领域,具体涉及二维阳离子交换聚合物的一种制备方法。

背景技术

有机二维聚合物是一类新型的高分子材料,它是通过单体在二维方向上进行聚合反应,形成以共价键连接、具有原子或分子厚度的聚合物。众所周知,高分子材料的性能与其结构密切相关。由于二维聚合物与传统的一维线形聚合物和三维交联网状聚合物在结构上的差异,会呈现出一些更加独特而优异的性能,因此在诸多领域具有广阔的应用前景。目前,尽管对有机二维聚合物的研究受到广泛关注,也取得可喜的成就,但由于缺少适用的合成方法,使得有机二维聚合物的研究和应用受到了极大的限制。因此,建立一种简便、高效、经济、环保的制备方法,对于促进有机二维聚合物的发展具有重要意义,但也具有巨大的挑战性。

目前,单层或寡层二维聚合物的制备方法主要有三种,分别是本体剥离法、界面法、溶液法。每个方法均有其优势与存在的问题。第一种本体剥离法制备二维聚合物的一般思路是首先制备具有多层结构的三维层状聚合物晶体,然后通过施加各种微机械力破坏晶体层间微弱的范德华力从而得到单层或寡层二维聚合物。由于单体的定向堆积,保证了聚合反应只能在二维方向进行。例如在Berlanga,I.;Ruiz-González,M.L.;González-Calbet,J.M.;Fierro,J.L.G.;Mas-Ballesté,R.;Zamora,F.Small 2011,7,(9),1207-1211一文中,作者利用六羟基苯并菲(HHTP)和1,3,5-三(4-苯硼酸)基苯(BTPB)在三甲苯和二氧六环的混合溶剂中通过缩合反应得到共价有机框架(COF)聚合物,然后利用超声波产生的微机械力进行剥离处理得到单层或寡层二维聚合物。但是,由该方法制备二维聚合物品质易受众多因素影响,如溶剂种类,超声时间长短等,不易获得高质量二维聚合物。

第二种方法为界面法,是指在气固、气液或液-液界面上合成二维聚合物。通过单体在界面处预先组装排列成紧密规整结构,然后利用聚合反应得到单分子层的二维聚合物。该法的优点是借助界面作用,能够有效地控制聚合仅在二维方向上进行。典型的气-液界面法,如在Payamyar,P.;Kaja,K.;Ruiz-Vargas,C.;Stemmer,A.;Murray,D.J.;Johnson,C.J.;King,B.T.;Schiffman n,F.;VandeVondele,J.;Renn,A.Adv.Mater.2014,26,(13),2052-2058.一文中,Schlüter教授合成了一种含有蒽基团的新型两亲性单体,并利用Langmuir Blodgett膜技术和光引发蒽二聚反应制备了二维聚合物。液液界面法是利用两种互不相溶的溶剂界面,通过单体的扩散在两种液体界面发生聚合反应从而生成二维聚合物。例如,徐宇曦课题组利用1,4-间苯二腈在二氯甲烷和三氟甲磺酸的液体界面进行氰基三聚反应,合成了单层或者寡层二维三嗪聚合物。界面法的主要缺点是效率低,如果用LB膜技术还需要专用设备,难以用于宏量聚合物制备。

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